聚丙烯酸酯壓敏膠工業(yè)廢氣治理探討

郭 娟，夏蘭生，柴國錦

（中石化寧波工程有限公司環(huán)保室，浙江寧波 315103）

1 聚丙烯酸酯壓敏膠工業(yè)廢氣治理現(xiàn)狀

聚丙烯酸酯壓敏膠在人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂脧V泛，主要通過丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸等單體共聚制得。聚合過程由于反應(yīng)放熱，部分物質(zhì)會揮發(fā)出來。在各種以壓敏膠為原料的產(chǎn)品制造中一些工序也會產(chǎn)生物質(zhì)的揮發(fā)，如壓敏膠帶生產(chǎn)中涂布工序由于加熱操作會產(chǎn)生較大量的物質(zhì)揮發(fā)。對揮發(fā)物質(zhì)若不收集處理而直接排放到大氣中會造成環(huán)境污染。我國早期的壓敏膠生產(chǎn)企業(yè)基本沒有對廢氣進(jìn)行收集治理，隨著我國環(huán)保要求的日趨嚴(yán)格，近幾年一些企業(yè)采用活性炭吸附法處理制膠廢氣，據(jù)了解廢氣處理效果不太穩(wěn)定，尤其趨近活性炭壽命期處理效率較低，不能達(dá)到污染物相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。本文以國內(nèi)某壓敏膠帶生產(chǎn)企業(yè)為背景，對工藝廢氣治理進(jìn)行探討。

2 壓敏膠帶工業(yè)污染源及治理情況

2.1 污染源及治理情況

壓敏膠帶的生產(chǎn)分兩個步驟。第一步丙烯酸丁酯和丙烯酸等單體聚合生產(chǎn)壓敏膠。第二步涂布（以薄膜為基材）、分切、包裝生產(chǎn)壓敏膠帶。

乳化釜、反應(yīng)釜在加料及聚合反應(yīng)過程中有丙烯酸丁酯和丙烯酸揮發(fā)。揮發(fā)物料經(jīng)冷凝器（冷凝效率70 %）冷凝后冷凝液進(jìn)入反應(yīng)釜，不凝氣經(jīng)管道排出，在排氣管上部設(shè)集氣罩，收集氣體去活性碳吸附塔處理并最終通過高排氣筒排入大氣。涂布機(jī)上部設(shè)密閉烘干通道，對薄膜上的膠水進(jìn)行加熱烘干，烘干過程有較大量的丙烯酸丁酯、丙烯酸揮發(fā)。烘干通道內(nèi)設(shè)有風(fēng)機(jī)和排氣通道，烘干廢氣經(jīng)收集后去活性碳吸附塔處理并最終通過高排氣筒排入大氣。通過調(diào)查，在活性炭吸附塔處理前期由于活性炭活性高處理效率（90 %）比較高，后期活性下降處理效率（50 %）隨之降低。生產(chǎn)過程廢氣產(chǎn)生及不同處理階段排放情況（見表1）。

表1 生產(chǎn)過程廢氣產(chǎn)生及不同處理階段排放情況

2.2 活性炭吸附法處理此類廢氣缺點分析

2.2.1 處理效率降低原因分析 當(dāng)活性炭達(dá)到吸附飽和時需進(jìn)行吸附劑的再生，采用高溫水蒸汽或熱氣流再生法，脫附氣體混合物入鍋爐燃燒。每一次再生過程吸附質(zhì)會有一些殘留，通過不斷的累積會造成吸附劑的劣化現(xiàn)象。這種劣化現(xiàn)象會降低吸附劑的吸附容量，縮短使用壽命，降低處理效率，當(dāng)劣化程度超過設(shè)計值時應(yīng)考慮更換部分或全部吸附劑。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可知，丙烯酸丁酯和丙烯酸在活性炭上難以再生[1]，主要原因是活性炭對這兩種有機(jī)物的吸附力很強(qiáng)，則再生時很困難，因此更加重并提前了活性炭的劣化現(xiàn)象。在活性炭劣化現(xiàn)象出現(xiàn)以后，若沒有及時補(bǔ)充或更換活性炭，則污染物的處理效率會下降進(jìn)而影響達(dá)標(biāo)排放。

活性炭的使用周期一般1～2 年，對于劣化現(xiàn)象嚴(yán)重的情況使用壽命將大大縮短，這將極大增加活性炭的更換費用。往往多數(shù)企業(yè)出于費用的考慮不會及時更換，因此造成污染物達(dá)標(biāo)排放的不穩(wěn)定性。活性炭的再生操作一般都采用高溫水蒸汽或熱氣流作為脫附介質(zhì)，對脫附氣體還要進(jìn)行后續(xù)處理，因此對外界支撐條件要求較高且操作比較麻煩。

2.2.2 活性炭吸附法其它缺點分析 《吸附法工業(yè)有機(jī)廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ2026-2013）中要求進(jìn)吸附塔廢氣溫度宜小于40 ℃。壓敏膠制品生產(chǎn)流程涂布工序產(chǎn)生較高溫度廢氣（＞100 ℃），因此需對干燥廢氣進(jìn)行冷凝降溫，增加了能耗。因為干燥廢氣中有機(jī)物料的含量不高，企業(yè)一般不考慮對其冷凝回收，因此干燥廢氣常以較高的溫度進(jìn)入吸附塔?；钚蕴坑行綔囟葹?～50 ℃，主要進(jìn)行物理吸附，溫度過高時已吸附的物質(zhì)會部分脫附影響吸附效率?；钚蕴康娜键c一般不超過200 ℃，若干燥廢氣溫度較高可能發(fā)生活性炭的自燃。

綜上分析，對于聚丙烯酸酯系壓敏膠產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)采用活性炭吸附處理方法處理工藝廢氣從環(huán)保達(dá)標(biāo)性、經(jīng)濟(jì)性、安全性方面是不適宜的。

3 對新方法H2O2-Fenton 吸收氧化法的推薦

壓敏膠工業(yè)生產(chǎn)中的廢氣主要為丙烯酸酯類和丙烯酸，屬于有機(jī)廢氣污染。對于有機(jī)廢氣的處理目前有多種方法，除活性碳吸附法外常見的還有液體吸收法、催化燃燒法、生物處理法等技術(shù)。一般在濃度高、氣量小、廢氣溫度又高的情況下，可采用催化燃燒的方法；中等濃度的有機(jī)廢氣可采用吸收凈化方法；對低濃度的有機(jī)廢氣可采用吸附凈化或生物凈化法。聚丙烯酸酯系壓敏膠產(chǎn)品生產(chǎn)過程工藝廢氣一般有機(jī)物濃度不高、氣量不大，且丙烯酸易溶于水。根據(jù)廢氣特點綜合考慮，推薦采用一種新吸收處理方法H2O2-Fenton 吸收氧化法。對吸收法而言最重要的是對吸收劑的選擇。

3.1 吸收劑及處理劑的選擇

H2O2具有很強(qiáng)的氧化性，可將丙烯酸酯類氧化為丙烯酸等小分子有機(jī)酸，而丙烯酸易溶于水，因此可選用30 %濃度H2O2溶液作為廢氣的吸收劑。

來自吸收塔的吸收濃液可采用Fenton 試劑作為處理劑對轉(zhuǎn)化到濃液中的有機(jī)物進(jìn)行氧化處理。Fenton 試劑即為H2O2與亞鐵離子的混合溶液，其中Fe2+主要是作為同質(zhì)催化劑，H2O2在Fe2+的催化作用下產(chǎn)生具有極強(qiáng)的氧化能力的·OH，對于水溶性高分子（聚乙烯醇、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺）和水溶性乙烯化合物（丙烯腈、丙烯酸、丙烯酸酯類），·OH 可加成到C=C 鍵上，使雙鍵斷裂，然后將其氧化為CO2，COD 的去除率較高可達(dá)到95 %[2]。

3.2 處理工藝流程簡述

壓敏膠產(chǎn)品生產(chǎn)過程產(chǎn)生的工藝廢氣經(jīng)收集后依此進(jìn)入一級、二級噴淋吸收塔，以30 %H2O2溶液為吸收劑，采用逆流流程進(jìn)行吸收處理。經(jīng)兩級吸收塔處理后尾氣通過高排氣筒排入大氣。塔底吸收液排入中間罐，再用泵返回到塔頂循環(huán)使用。定期從吸收液中間罐排出一部分濃液，要定期向系統(tǒng)補(bǔ)充新鮮的H2O2溶液。系統(tǒng)排出的濃液進(jìn)入Fenton 氧化池，在酸性條件下Fenton 氧化性更強(qiáng)，因此向池中加入H2SO4溶液將pH 值調(diào)到約3，濃液中有機(jī)物被氧化后大部分轉(zhuǎn)化為CO2排入大氣，此反應(yīng)可在常溫下進(jìn)行。氧化廢水排入中和池，用NaOH 溶液中和酸后廢水可排放或作為地面沖洗水回用。若附近有焚燒爐或鍋爐時，推薦將濃液直接入爐焚燒，這樣既經(jīng)濟(jì)環(huán)保又操作簡便。廢氣及濃液處理流程（見圖1）。

圖1 H2O2-Fenton 吸收氧化法處理流程簡圖

3.3 處理效果分析

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，丙烯酸和丙烯酸酯類在Fenton 試劑中的去除率高達(dá)95 %。對于兩級吸收塔中H2O2溶液對廢氣污染物的吸收效率保守估計一級吸收塔效率取70 %，二級取50 %，即綜合吸收率＞85 %。經(jīng)吸收塔處理后的廢氣達(dá)標(biāo)情況（見表2）。

表2 H2O2-Fenton 吸收氧化法處理及排放情況

根據(jù)表2 可知，廢氣經(jīng)吸收處理后各污染物可達(dá)到相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)要求，只要保證系統(tǒng)的正常運行，可做到穩(wěn)定排放。采用Fenton 法處理濃液中有機(jī)物去除率高達(dá)95 %，有機(jī)物大部分轉(zhuǎn)化為CO2。當(dāng)濃液入焚燒爐或鍋爐焚燒，則有機(jī)物可全部轉(zhuǎn)化為CO2。

4 小結(jié)

（1）目前國內(nèi)壓敏膠企業(yè)采用活性炭吸附法處理工業(yè)廢氣，據(jù)調(diào)查處理效果不太穩(wěn)定，尤其趨近活性炭壽命期處理效率較低導(dǎo)致污染物排放不能達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）壓敏膠工業(yè)廢氣一般有機(jī)物濃度不高、氣量不大，而丙烯酸易溶于水，因此本文推薦采用H2O2-Fenton 吸收氧化法處理廢氣，綜合吸收效率＞85 %，尾氣可穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。吸收濃液采用Fenton 試劑氧化處理再中和處理后排放或回用，當(dāng)有焚燒爐或鍋爐可供利用時，建議濃液去焚燒處理。

［1］ 熊振湖，費學(xué)寧，池勇志，等.大氣污染防治技術(shù)及工程應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003：268-269.

［2］ 魏基業(yè)，王孫琻，陳英文，等.響應(yīng)面法優(yōu)化Fenton 氧化處理高濃度丙烯酸廢水［J］.環(huán)境化學(xué)，2011，（7）：1304-1310.

［3］ 張永偉，藤厚開，顧錫慧.丙烯酸及其酯類廢水處理方法研究進(jìn)展［J］.工業(yè)水處理，2012，（4）：17-20.